Static experimental testing of U-type composite segments energy absorption

• Autorzy: Gotowicki, P. , Klasztorny, M. , Małachowski, J. , Nycz, D. , Baranowski, P.

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne statyczne energochłonności segmentów kompozytowych typu U

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the static experimental testing of U-type (channel section) composite segments energy absorption. The segments have the overall dimensions b × h = 100 × 80 mm, rounded corners and damage initiators at their edges. The segments have been made in nine variants with respect to stacking sequence and laminate thickness. The matrix constitutes Polimal 104 N-1 P/p-503 polyester resin, i.e. elasticized and incombustible Polimal 104 resin produced by Organika-Sarzyna Co., Poland. Three types of stitched E-glass fabrics produced by Owens Corning Co., USA were used as reinforcement, i.e. D-610 (Weft 90°, uniaxial fabric [90], 607 g/m2), CD-600 (Biaxial, fabric [0/90], 610 g/m2), and CDDB-1200 (Quadriaxial, fabric [0/45/90/-45], 1213 g/m2). Static experimental tests were performed on a SATEC 1200 testing machine, with pressure force and punch displacement under registration (kinematic excitation at 2mm/min velocity). The failure processes were recorded using a PHANTOM v12 video camera. The tests were performed on segments of 400 mm or 200 mm length due to laminate thickness, using a problem-oriented test stand in which 5 composite panels were placed in parallel. The static testing of U-type segments energy absorption focussed on the quasi-optimal stacking sequence and thickness selection. In order to perform such investigations, the following optimization criteria were adopted: 1) failure level with respect to the following mechanisms: progressive crash, delamination failure, buckling failure, catastrophic failure; 2) maximum relative energy absorption. The tests performed for subsequent segment types have been illustrated with compression force vs. punch displacement curves. The figures showing segment failure mechanisms at selected positions of the punch are presented as well. The maximum values of compression force initiating the failure processes, absorbed energy and absorbed relative energy values are set up, with an estimation of the parallel failure mechanisms level. The energy values are calculated for punch displacements belonging to the interval 0÷50 mm. For further dynamic research, U/LE3 segments with a 8xD-610 stacking sequence and [90]8 ply angles have been chosen as the authors' preferred solution. These segments are characterized by the highest relative energy absorption, dominant progressive crash and F-s failure curve adjusted to a typical blast pressure impulse.

PL

Przeprowadzono badania eksperymentalne statyczne energochłonności segmentów kompozytowych typu U (przekrój ceowy) o wymiarach gabarytowych przekroju poprzecznego mm, z wyokrągleniami w narożach oraz inicjatorami niszczenia na krawędziach. Segmenty wykonano w dziewięciu wariantach ze względu na sekwencję ułożenia warstw i grubość laminatu. Osnowa jest żywicą poliestrową Polimal 104 N-1 P/p-503 (uelastyczniona i uniepalnieniona żywica Polimal 104; producent Organika-Sarzyna). Zastosowano trzy warianty wzmocnień w postaci tkanin szklanych zszywanych (szkło E) produkowanych przez firmę Owens Corning (USA): D-610 (Weft 90°, tkanina jednokierunkowa [90], 607 g/m2), CD-600 (Biaxial, tkanina dwukierunkowa [0/90], 610 g/m2), CDDB-1200 (Quadriaxial, tkanina czterokierunkowa [0/45/90/-45], 1213 g/m2). Przeprowadzono badania statyczne energochłonności na maszynie wytrzymałościowej SATEC 1200, rejestrując siłę nacisku oraz przemieszczenie stempla obciążającego (wymuszenie kinematyczne). Prędkość przesuwu stempla maszyny wytrzymałościowej wynosiła 2 mm/min. Procesy niszczenia rejestrowano z użyciem kamery FANTOM v12. Próby przeprowadzono na segmentach o długości 400 lub 200 mm w zależności od grubości laminatu. Badania przeprowadzono na stanowisku opracowanym przez zespół autorski. W bloku stanowiskowym układa się równolegle 5 paneli. Badania statyczne energochłonności segmentów kompozytowych typu U ukierunkowano na wybór quasi-optymalnej sekwencji warstw i grubości laminatu. Przyjęto następujące kryteria optymalizacyjne: 1) poziom niszczenia według następujących mechanizmów: niszczenie progresywne, niszczenie delaminacyjne, niszczenie przez wyboczenie, niszczenie katastroficzne, 2) maksymalna energochłonność właściwa. Przedstawiono przebiegi eksperymentalne siły ściskającej w funkcji przemieszczenia stempla maszyny wytrzymałościowej dla poszczególnych typów segmentów oraz zdjęcia z próby ściskania wybranych segmentów, ilustrujące mechanizmy niszczenia. Zestawiono wartości maksymalnej siły ściskającej inicjującej niszczenie, wartość energii absorbowanej oraz energii absorbowanej właściwej. Energię obliczono dla przemieszczeń stempla w przedziale 0÷50 mm. Określono poziomy działania poszczególnych mechanizmów niszczenia. Rozwiązaniem preferowanym do dalszych badań dynamicznych są segmenty typu U/LE3 o sekwencji warstw 8 x D-610 i kątach ułożenia [90]8. Segmenty te charakteryzuje najwyższa energochłonność właściwa, dominujące niszczenie progresywne oraz krzywa niszczenia F-s dopasowana do impulsu ciśnienia wywołanego wybuchem.

Słowa kluczowe

PL

segmenty kompozytowe typu U; energochłonność statyczna; badania eksperymentalne; rozwiązanie quasi-optymalne

EN

U-type composite segments; static energy absorption; experimental tests; quasi-optimal solution

• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 3
• Strony: 186-192
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gotowicki, P.

autor

Klasztorny, M.

autor

Małachowski, J.

autor

Nycz, D.

autor

Baranowski, P.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Ochelski S., Kiczko A., Gotowicki P., Type and starking sequence of epoxy-matrix composites reinforced with glass fibres absorbing impact energy [in Polish], Biuletyn WAT (MUT Bulletin) 2005.
• [2] Ochelski S., Gotowicki P., Kiczko A., Energy absorption abilities of epoxy composites reinforced with glass and carbon fibres, Journal of KONES Powertrain and Transport 2006, 13, 2.
• [3] Ochelski S., Gotowicki P., Experimental assessment of energy-absorption capabilities of carbon-epoxy and glassepoxy composites [in Polish], Biuletyn WAT (MUT Bulletin), 2007, 56.
• [4] Ochelski S., Gotowicki P., Experimental assessment of energy absorption capability of carbon-epoxy and glassepoxy composites, Composite Structures 2008.
• [5] Gotowicki P., Influence of stacking sequence of selected laminates on energy-absorption capability [in Polish], PhD Thesis, Military University of Technology, Warsaw 2008.
• [6] Ochelski S., Niezgoda T., Type and stacking sequences of composites absorbing impact energy [in Polish], Przegląd Mechaniczny 2005.
• [7] Ochelski S., Niezgoda T., Barnat W., Analysis of impact energy absorption by selected composite structures [in Polish], Przegląd Mechaniczny 2006.
• [8] Ochelski S., Niezgoda T., Impact energy absorbing composite structures, Przegląd Mechaniczny 2007.